振动测量仪表受雷击干扰的原因分析及处理

张良军

（国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江 宁波 315800）

1 概况

北仑电厂3，4，5号机循环泵振动测量系统采用日本某公司生产的VM-5仪表，振动探头为CV-861压电式加速度传感器。仪表安装于DCS系统电子室，与主机TSI系统相邻。循环泵振动测量单元通过通讯电缆与电动给水泵、汽动给水泵、给水泵汽轮机及主机TSI系统相连，测量信号通过串行通信送DCS系统。

3，4，5号机循环泵振动测量系统自2005年7月28日开始频繁受到雷击干扰，并表现出如下特点：

（1）雷击瞬间，循环泵振动测量值瞬间跃升又马上回落，同时触发振动测量故障报警，雷击干扰发生后振动测量卡件无异常。

（2）雷击并非每次均给循环泵振动测量系统带来干扰。

（3）3，4，5号机循环泵振动测量系统没有同时受到干扰，且没有明显的统计规律性。

（4）雷击除了引起循环泵振动信号出现大幅跳跃以外，有几次还造成主机轴向位移、高低压差胀、缸胀信号发生突变等情况。

2 原因分析

由于循环泵振动信号的大幅跳跃伴随雷击而产生，所以雷击干扰是引起循环泵振动信号异常的根本原因。为此从以下两方面进行分析。

2.1 雷击干扰传播途径

雷电表现形式主要有两种：一种是直击雷，雷击通路上的物体会被高温烧损甚至融化。另一种是感应雷，即在直击雷放电过程中，周围导线或金属物受电磁场作用，感应产生的高电压进入系统内部，干扰、损坏计算机和其它控制设备，严重的还会造成人员伤亡。

雷电瞬态干扰是一种具有极强破坏能力的共模干扰，由高能量的低频分量和辐射能力极强的高频分量组成，可以通过保护装置的各种外接电缆作用到装置上，对装置造成极大的威胁。雷击所产生的浪涌电压一般是共模的，对其的防护方法只能是分级采用浪涌抑制器，以及减小装置的分布电容和提高元器件绝缘。但对于较大的控制设备，分布电容难以做到很小，且元器件的绝缘能力有限，因此，浮地系统的浪涌问题很难得到有效控制。

2.2 振动仪表工作原理

VM-5系列振动测量系统24VDC电源的COM端为浮地方式，加速度振动探头CV-861典型接线如图1所示，一般采用的接线方式为探头外壳通过设备金属外壳接地，振动信号延伸电缆的屏蔽层与电源COM端相连，即该振动测量系统为浮地结构，对雷击的反击电压具有很好的隔离作用，但对通过共模干扰、差模干扰进入振动测量系统内部的感应雷的抑制能力极弱。

图1 CV-861加速度振动探头典型接线图

3，4，5号机循环泵振动测量系统安装在主厂房电子室，与循环泵房距离为1 000～1 500 m，循环泵振动信号通过露天电缆桥架送至电子室。由于循环泵振动探头处于循环泵房屏蔽之下，循环泵房避雷针的雷电流下泄点远离振动测量系统接地点，且振动测量系统是浮地结构设计，所以系统不可能受到雷击反击电压的冲击。如果雷击发生在电缆桥架附近，强烈的雷电流则有可能通过电磁感应沿循环泵振动信号电缆进入振动测量系统。

循环泵振动测量单元通过串行通信电缆送至DCS系统，而且处于整个串行通信链的末端，当循环泵振动测量系统受到雷击干扰时，整个串行通信链中的信号都有可能受到影响，因此当循环泵振动信号跃变时，主机轴向位移、高低压差胀等信号也出现了跳变，而主机轴向位移、高低压差胀保护是根据自身输入信号进行逻辑判断，因此当DCS系统显示主机轴向位移等信号出现巨幅跳变时，轴向位移保护并未动作。

3 采取措施

为防止雷击干扰，一般采用等电位联接、双层屏蔽等措施，但由于CV-861振动探头的接地方式不同于传统振动测量装置，其屏蔽层采用两端浮空的方式，因此不能以等电位联接解决雷击干扰。另一方面，由于循环泵房与主厂房距离比较远，而且在循环泵房的信号电缆采用预埋方式，因此对循环泵振动信号电缆采取穿金属管埋地走线的整改方式成本较大。针对上述情况，为解决雷击干扰，采取了如下措施：

（1）为避免循环泵振动受干扰后通过串行通信影响主机振动信号的测量，将循环泵振动测量系统与主机及其它振动测量系统分离，即解开循环泵振动串行通信线。考虑到循环泵振动测量卡的4～20 mA模拟量输出采用电隔离，为了防止雷击浪涌对循环泵振动测量的干扰，将循环泵振动信号通过串行通信送DCS系统显示改为以4～20 mA硬接线方式送DCS系统。

（2）CV-861加速度振动探头需要二次卡提供24VDC工作电源，为了防止雷击感应电流通过电源回路进入振动测量装置内部，对振动测量卡加装了反向二极管。

（3）对于雷击浪涌干扰信号最有效的方法是建立一条高能浪涌干扰的泄放通道，但这正是该振动测量系统所欠缺的。根据浪涌防护理论，在低压系统中对于浪涌过电压的保护，一般是在被保护设备前加装保护设备，如由压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管等过电压保护元件组成的涌流保护器。这些涌流保护器件工作原理不同，但有相似的伏安特性，即当两端电压高于启动电压后通过的电流呈指数规律增加，而电压则被抑制在一定的范围内几乎不随电流的变化而变化，当两端的电压低于启动电压时，器件呈高阻态，通过的电流很小。因此，在循环泵振动信号入口安装浪涌保护器是比较可行的方法，接线方式如图2所示。

图2 浪涌保护器在循环泵振动测量系统中的接线

4 结语

3，4，5号机循环泵振动测量系统自从采取安装反向二极管、浪涌保护器等措施后，3年时间经受了近百次雷击干扰的考验，说明采取的措施是有效的。

浪涌保护器是一种限制瞬态过电压及对浪涌电流泄流的装置，其性能直接影响防雷击干扰的效果，所以在实际使用过程中必须重视对该装置的日常维护。

根据浪涌保护器的工作特点，在选择浪涌保护器时要特别注意主、重要技术指标（工作电压、负载电流）应与系统负载相匹配，最大连续操作电压应略大于回路最大正常工作电压，负载电流应大于回路最大正常工作电流，以确保浪涌保护器在回路中正常工作；浪涌保护器标称放电电流应尽可能选择大一些；为提高防护效果，浪涌保护器的安装位置应尽可能靠近被保护设备。

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